專利名稱：提高光伏電池輸出功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以不同的已知系統(tǒng)提高光伏電池(cellules )輸出功率，并將對(duì)光伏電池電壓有負(fù)面影響的溫度降至最低的方法。
現(xiàn)有技術(shù)在世界范圍內(nèi)，能源的生產(chǎn)有三個(gè)主要來(lái)源核能、化石和水能。美國(guó)的能源消耗例如是1200TWh。在法國(guó)，核電占了法國(guó)能源消耗的70％。美國(guó)能源生產(chǎn)的成本如下核能3.88美分/KWh，化石1.87美分/KWh，水能0.36美分/KWh。
核能和化石用于發(fā)電的缺點(diǎn)是污染，核物質(zhì)和化石產(chǎn)生的廢料它們的能量是不可再生的并可能在將來(lái)被耗盡。太陽(yáng)能不具有任何這些缺點(diǎn)，并且是取之不盡的。
正在開(kāi)發(fā)光伏單元(modules )的工業(yè)領(lǐng)域采用一種或兩種以下系統(tǒng)采用單晶硅，采用單晶硅電池達(dá)到23％的效率(rendement)，單元(modules)達(dá)到10％到14％的效率。這些單元的市場(chǎng)化價(jià)在每瓦5-6美元范圍內(nèi)。
半晶硅單元占了1988年國(guó)際光伏銷(xiāo)售的四分之一，它的效率在12％到13％之間。
無(wú)定形硅效率較低，大約7％，因此它的制造昂貴。
政府機(jī)構(gòu)“電力研究所”(美國(guó))得出結(jié)論說(shuō)，光伏系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到15％的效率，并且成本在每瓦2.00美元，才能與傳統(tǒng)的能源競(jìng)爭(zhēng)。
這個(gè)結(jié)論對(duì)應(yīng)于2,700KWh/年/W的生產(chǎn)(太陽(yáng)光照300天/年/9小時(shí)/天，分?jǐn)傇?0年內(nèi))，因而太陽(yáng)能kWh的價(jià)格等于(US$2.20)2.7＝3.70美分。
溫度對(duì)光伏電池的影響當(dāng)溫度升高時(shí)，光伏電池的輸出功率下降。圖4示出，該下降主要是由于短路電壓的降低。
對(duì)于太陽(yáng)能電池，已知它的電流受溫度的影響很小。換句話說(shuō)，當(dāng)輻射強(qiáng)度增加時(shí)，開(kāi)路電壓變化很小，而短路電流變化很大，而當(dāng)溫度升高時(shí)，開(kāi)路電壓變化很大而短路電流變化很小。
太陽(yáng)光譜從紫外光區(qū)經(jīng)可見(jiàn)光區(qū)延伸至遠(yuǎn)紅外區(qū)。光伏電池通常對(duì)可見(jiàn)光區(qū)之外且很靠近紅外區(qū)的光不敏感。這一特性在圖3中反映出來(lái)，該圖顯示常規(guī)光伏電池的響應(yīng)曲線。
太陽(yáng)光在紫外波段和紅外波段也發(fā)射能量，如在可見(jiàn)光波段一樣。
發(fā)射的能量根據(jù)下式變化E＝h.c/λ其中h＝普朗克常數(shù)，c＝光速，λ＝波長(zhǎng)。
當(dāng)波長(zhǎng)降低時(shí)，能量升高。隨波長(zhǎng)降低，光能以對(duì)數(shù)方式升高，電磁能在紫外波段中就成為最重要的部分。
所有提高光強(qiáng)的系統(tǒng)都同時(shí)提高了電流和太陽(yáng)能電池的輸出功率。但是，同時(shí)，所有沒(méi)有被轉(zhuǎn)變成電能的能量提高了太陽(yáng)能電池的溫度，并象前面提到的，使電壓降低。

發(fā)明內(nèi)容
使用多棱鏡(multiprismes)的集中(concentration)方式物理數(shù)據(jù)考慮兩種透明介質(zhì)，M1和M2，分別具有折射率n1和n2(

圖1)。
所有光線“R”都在0點(diǎn)處被折射成為R’。如果α1是R和垂線pp’之間的角度，那么R’與pp’之間的角度是α2，它與α1通過(guò)下式建立關(guān)聯(lián)n1.sinα1＝n2.sinα2考慮具有兩個(gè)面F0和F1的多棱鏡(圖2)，這兩個(gè)面之間角度為α1，折射率n2＞1(空氣的折射率)。
與F0垂直的太陽(yáng)光線R1不發(fā)生折射，直到遇到面F1時(shí)會(huì)被折射成為R’1，形成一個(gè)角度α’1＞α1。
R’1被引入光伏電池。面F1的表面經(jīng)過(guò)計(jì)算使得所有落在該表面的光線經(jīng)過(guò)折射覆蓋光伏電池的所有表面。
具有不同的角度并且彼此相鄰的其它表面F2...Fn使所有光線偏離和并置，這些光線被光伏電池的整個(gè)表面接收。
因此，光伏電池將會(huì)吸收落在各表面上的所有太陽(yáng)光，當(dāng)然考慮到被棱鏡吸收的部分光以及太陽(yáng)光線與光伏電池之間的余弦(cosinus)。
當(dāng)光的照度得到相當(dāng)大的提高后，短路電流密度自動(dòng)得到提高，而不影響開(kāi)路電壓，也就是說(shuō)提高了輸出功率。
該集中系統(tǒng)假設(shè)整個(gè)裝置(多棱鏡和單元)應(yīng)該隨著太陽(yáng)而動(dòng)(跟蹤系統(tǒng))。
理論上，當(dāng)集中倍數(shù)在2和10之間時(shí)，完全不需要冷卻光伏電池，只要電池的電性能一開(kāi)始就已測(cè)得為內(nèi)阻相對(duì)較小。
在紫外光被部分或全部被去除的情況下，由于光線的集中而引起的溫度的升高對(duì)電壓沒(méi)有大的影響，并且通過(guò)多棱鏡使單元的輸出功率獲得了相當(dāng)于標(biāo)稱功率4到5倍的提高。
本發(fā)明的實(shí)施方案用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的系統(tǒng)包括多個(gè)相鄰并互相形成角度的面，這些角度經(jīng)過(guò)計(jì)算使所有折射的光線完全匯聚在太陽(yáng)能單元(module solaire)的表面。
每個(gè)面由數(shù)個(gè)相似的多棱鏡組成。本發(fā)明的方法可以使現(xiàn)有的太陽(yáng)能單元的標(biāo)稱輸出功率得到大幅度的提高。
這表現(xiàn)為太陽(yáng)能kwh的成本大幅降低，因而與核能，可能還有化石的成本相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。因而，由于經(jīng)濟(jì)可行性，在世界范圍內(nèi)的大規(guī)模應(yīng)用成為可能。
在這些并非窮舉的實(shí)例中，可以列舉出在干旱地區(qū)泵送水、為偏僻位置提供照明、鹽水除鹽、直流發(fā)電和高壓長(zhǎng)距離輸送，通訊和陰極保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種可以使太陽(yáng)光在確定的方向發(fā)生偏移的方法，借助一個(gè)折射率大于1的棱鏡。偏移的光線的表面由數(shù)個(gè)相同的棱鏡確定。相鄰表面的定位方式使得它們使光線反射并被光伏電池的單個(gè)表面接收。這些表面采用可以吸收太陽(yáng)光中大部分紫外線的透明材料制成。太陽(yáng)能板安裝有流體或電子系統(tǒng)來(lái)使它總是朝著太陽(yáng)的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是這種偏移借助一個(gè)折射率大于1的棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的方法，其特征是偏移的光線的表面由數(shù)個(gè)相同的棱鏡確定，所述棱鏡覆蓋一個(gè)面的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3的方法，其特征是所有不同角度的相鄰表面的定位方式使得它們使光線反射并被光伏電池的單個(gè)表面接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4的方法，其特征是所有這些表面采用可以吸收太陽(yáng)光中大部分紫外線的透明材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3和4的方法，其特征是所述太陽(yáng)能板安裝有流體或電子系統(tǒng)來(lái)使它們總是朝著太陽(yáng)的方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以不同的已知系統(tǒng)提高光伏電池輸出功率，并將對(duì)光伏電池電壓有負(fù)面影響的溫度降至最低的方法。用于實(shí)施本發(fā)明方法的系統(tǒng)包括設(shè)置在數(shù)個(gè)相鄰的、相互間形成角度的表面上的棱鏡，角度已經(jīng)計(jì)算使得所有折射光線全部匯聚在太陽(yáng)能單元的表面。棱鏡材料吸收大部分紫外線。
文檔編號(hào)H01LGK1669157SQ02829631
公開(kāi)日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2002年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月21日
發(fā)明者巴徹·海海 申請(qǐng)人:巴徹·海海